薄膜电阻和厚膜电阻

厚膜电阻主要是指采用印刷而成的电阻。薄膜电阻器是用蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成。

厚膜电阻的电阻体制造工艺：印刷

电阻体印刷→电阻体烧结

电阻体：RuO2、Ag、Pd/RuO2/Pb2Ru2O6印刷→140℃干燥。

烧结：850℃烧结。

单个电阻来看，就是两个电极之间形成了一个电阻初值，如图所示。

电阻体烧结整个基板的变化效果:

厚膜电阻采用的丝网印刷法，就是在陶瓷基底上贴一层钯化银电极，然后在电极之间印刷一层二氧化钌作为电阻体。厚膜电阻的电阻膜通常比较厚，大约100μm。厚膜电阻是目前应用最多的电阻，价格便宜，容差有5%和1%，绝大多数产品中使用的都是5%和1%的片状厚膜电阻。厚膜电阻的内部结构如图所示。

制造工艺差异：厚膜电阻一般采用丝网印刷工艺，薄膜电阻采用真空蒸镀、磁控溅射、负蚀刻法等工艺方法。厚膜电阻和薄膜电阻在材料和工艺上的差异直接导致了两种电阻在性能上的差异。一般厚膜电阻精度较差，常见精度为10%、5%、1%，而薄膜电阻精度可以为0.01% 1 / 10000、0.1% 1 / 1000等。同时，厚膜电阻的温度系数难以控制，一般较大。同样，薄膜电阻可以实现极低的温度系数，使电阻值随温度变化很小，电阻值稳定可靠。因此，薄膜电阻常用于各种仪器、医疗器械、电源、电力设备、电子和数码产品等。

通常，薄膜电阻的制造方法通常包括绝缘基板，在绝缘基板上通过非光刻法形成导体图案层，在导体图案层和绝缘基板上形成薄膜电阻层；通过光刻对薄膜电阻层进行图案化。这种薄膜电阻制造方法可以降低薄膜电阻的制造成本，但目前很多薄膜电阻选择负蚀刻法，越来越流行。

“负极板蚀刻法”常用于薄膜电阻的制造。在制作过程中，首先进行光刻和腐蚀，得到电极和电阻的整体图形，然后用嵌套电阻掩膜作为光刻和腐蚀的选择性掩膜，得到电阻图形。这种方法最大的问题是注册窗口窄。由于“对准标记”仅限于特定结构，通常是陶瓷片的边缘部分，因此不能保证在任何地方注册。配准会受到镜片异常、陶瓷片夹持异常、掩膜图案错位、陶瓷片本身变形等影响。

因此，对于采用负蚀刻法制造薄膜电阻器，一般将嵌套掩模上的“对准标记”与上层微结构图形对齐，然后观察两者上的图形是否对齐。如有错位，进行微调，待图形完全套准后进行曝光等后续工作。这种方法使用的掩膜为负片，即掩膜大部分是遮光区，只有一小部分是透明的。掩膜上的大面积阴影区域使得微观结构图形的边界不够清晰，图形配准操作相对困难，容易发生图形配准错位，配准时间相应较长。

使用普通的接触式或接近式光刻机来套接电阻时，一旦图案未对齐，就会引起连锁反应，导致电阻图案腐蚀错位。轻的话会使阻值偏差很大，重的话会导致微波电路图形的破坏，直接影响产品的良率。因此，一般在镜检时发现套刻错位时采用及时返工，但既费力又浪费，生产效率不高。

薄膜电阻就是氧化铝陶瓷基底上通过真空沉积形成镍化铬薄膜，通常只有0.1μm厚，只有厚膜电阻的千分之一，然后通过光刻工艺将薄膜蚀刻成一定的形状。光刻工艺十分精确，可以形成复杂的形状，因此薄膜电容的性能可以控制的很好。薄膜电阻的内部结构如图所示。

薄膜电阻电阻具有最佳温度敏感沉积层厚度，但最佳薄膜厚度产生的电阻值严重限制了可能的电阻值范围。因此，采用各种沉积层厚度可以实现不同的电阻值范围。薄膜电阻的稳定性受温度上升的影响。薄膜电阻稳定性的老化过程因实现不同电阻值所需的薄膜厚度而不同，因此在整个电阻范围内是可变的。这种化学/机械老化还包括电阻合金的高温氧化。此外，改变最佳薄膜厚度还会严重影响 TCR。由于较薄的沉积层更容易氧化，因此高阻值薄膜电阻退化率非常高。

TCR是一个不容忽视的微小参数，如图展示了薄膜电阻的TCR特性优于厚膜电阻。

厚膜电阻依靠玻璃基体中粒子间的接触形成电阻。这些触点构成完整电阻，但工作中的热应变会中断接触。由于大部分情况下并联，厚膜电阻不会开路，但阻值会随着时间和温度持续增加。因此，与其他电阻技术相比，厚膜电阻稳定性差（时间、温度和功率）。薄膜电阻的物理结构决定了他的电流特性。

由于结构中成串的电荷运动，粒状结构还会使厚膜电阻产生很高的噪声。给定尺寸下，电阻值越高，金属成分越少，噪声越高，稳定性越差。厚膜电阻结构中的玻璃成分在电阻加工过程中形成玻璃相保护层，因此厚膜电阻的抗湿性高于薄膜电阻。

我们已经知道薄膜电阻和厚膜电阻的根本区别是厚度。导致厚度不同的原因是生产工艺，所以我们可以简单地认为印刷工艺的就是厚膜电阻，镀膜工艺的就是薄膜电阻。

那么金属膜电阻和碳膜电阻与“薄膜电阻”“厚膜电阻”之间又是什么关系呢？下面我们先看一下金属膜电阻和碳膜电阻的定义。

金属膜电阻是迄今为止应用较为广泛的电阻，其精度高，性能稳定，结构简单轻巧。金属膜电阻器是膜式电阻器(Film Resistors)中的一种。它是采用高温真空镀膜技术将镍铬或类似的合金紧密附在瓷棒表面形成皮膜，经过切割调试阻值，以达到最终要求的精密阻值，然后加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成。金属膜电阻通过刻槽和改变金属膜厚度可以控制阻值。金属膜电阻器的制造工艺比较灵活，不仅可以调整它的材料成分和膜层厚度，也可通过刻槽调整阻值，因而可以制成性能良好，阻值范围较宽的电阻器。正是由于金属膜电阻器的定义是采用真空蒸发工艺制得，即在真空中加热合金，合金蒸发，使瓷棒表面形成一层导电金属膜。所以，金属膜电阻器是属于“薄膜电阻”的分类。

碳膜电阻器也是膜式电阻器中的一种。它是采用高温真空镀膜技术将碳紧密附在瓷棒表面形成碳膜，然后加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成的。其表面常涂以绿色保护漆。碳膜的厚度决定阻值的大小，通常用控制膜的厚度和刻槽来控制电阻器。碳膜电阻亦称“热分解碳膜电阻”。碳氢化合物在真空中高温热分解的碳沉积在基体上的一种薄膜电阻。价格低廉，性能稳定，阻值与功率范围宽。

金属膜电阻是一种薄膜电阻，碳膜电阻也是薄膜电阻的一种。另外一种薄膜电阻就是金属氧化膜电阻。

金属氧化膜电阻器就是以特种金属或合金作电阻材料，用真空蒸发或溅射的方法，在陶瓷或玻璃基本上形成氧化的电阻膜层的电阻器。英文名为 Metal Oxide Film Resistor。金属膜电阻器一般采用真空蒸发工艺制得，即在真空中加热合金，合金蒸发，使瓷棒表面形成一层导电金属膜。刻槽和改变金属膜厚度可以控制阻值。它的耐热性、噪声电势、温度系数、电压系数等电性能比碳膜电阻器优良。金属膜电阻器的制造工艺比较灵活，不仅可以调整它的材料成分和膜层厚度，也可通过刻槽调整阻值，因而可以制成性能良好，阻值范围较宽的电阻器。

厚膜电阻指的是电路的制造工艺，是指在陶瓷基片上采用部分半导体工艺集成分立元件、裸芯片、金属连线等，一般其电阻是印刷在基片上，通过激光调节其阻值的一种电路封装形式，阻值精度可达0.5%，一般用于微波和航天领域。厚膜电阻被广泛应用，有如下几个特点。

（1）基板材料：96%氧化铝或氧化铍陶瓷。

（2）导体材料：银、钯、铂等合金。

（3）电阻浆料：一般为钌酸盐系列。

（4）名字来由：电阻和导体膜厚一般超过10μm，相对溅射等工艺所成电路的膜厚了一些，故称为厚膜。当然，现在的工艺印刷电阻的膜厚也有小于10μm的了。

这几种薄膜电阻和厚膜电阻之间关系如图所示。

　　审核编辑：汤梓红